Lisa Zygo
(PhysOrg.com) – v současné době je diamant považován za nejtěžší známý materiál na světě., Ale vzhledem k velkým tlakovým tlakům pod odsazovači vědci vypočítali, že materiál zvaný nitrid boru wurtzitu (w-BN) má větší sílu odsazení než diamant. Vědci také spočítali, že další materiál, lonsdaleite (také se nazývá hexagonální diamant, protože je vyroben z uhlíku a je podobný diamantu), je dokonce silnější, než w-BN a 58 procent silnější než diamant, vytvoření nového rekordu.,
Tato analýza představuje první případ, kdy se materiál převyšuje diamant v tahu za stejných podmínek zatížení, vysvětlují autoři studie, kteří jsou z Shanghai Jiao Tong University a University of Nevada, Las Vegas. Studie je publikována v nedávném vydání dopisů o fyzickém přezkumu.,
„nová zjištění z našich výsledků je, že velké normálního tlaku tlaky pod indenters může přeměnit určité materiály (například w-BN a lonsdaleite) do nových supertvrdých struktury, které jsou tvrdší než diamant,“ spoluautor Changfeng Chen z University of Nevada, Las Vegas, řekl PhysOrg.com. „Je to nový mechanismus, který může být použit pro návrh nových supertvrdých materiálů.“
připojit PhysOrg.com na Facebook
vědci vysvětlují, že vynikající síla w-BN a lonsdaleitu je způsobena strukturální reakcí materiálů na kompresi., Normální tlakové tlaky pod odsazovači způsobují, že materiály procházejí transformací strukturní fáze do silnějších struktur a šetří objem převrácením svých atomových vazeb. Vědci vysvětlit, že w-BN a lonsdaleite mají jemné rozdíly ve směrové uspořádání jejich dluhopisů ve srovnání s diamantem, který je zodpovědný za jejich unikátní konstrukční reakce.
při velkých tlakových tlacích zvyšuje w-BN svou pevnost o 78 procent ve srovnání se svou pevností před otočením vazby., Vědci vypočítali, že w-BN dosahuje síly odsazení 114 GPa (miliardy pascalů), daleko za 97 GPA diamantu za stejných podmínek odsazení. V případě lonsdaleite, stejný kompresní mechanismus také způsobil bond-proletí, získá odsazení sílu 152 GPa, což je o 58 procent vyšší než odpovídající hodnota diamantu.
„Lonsdaleit je ještě silnější než w-BN, protože lonsdaleit je vyroben z atomů uhlíku a w-BN se skládá z atomů boru a dusíku,“ vysvětlil Chen., „Vazby mezi uhlíkem a uhlíkem v lonsdaleitu jsou silnější než bór-dusíkové vazby ve w-BN. To je také důvod, proč je diamant (s kubickou strukturou) silnější než nitrid boru (c-BN).“
Až do nedávné doby, normální tlakové tlaky pod indenters nebyly zahrnuty v výpočty ideální smykové síly krystalů z prvních principů, ale poslední vývoj umožnily, vědci zvážit jejich účinky, což vede k překvapivé objevy, jako jeden ukázaný tady., Přesto bude experimentování s w-BN a lonsdaleitem náročné, protože oba materiály je obtížné syntetizovat ve velkém množství. Nicméně, další nedávná studie učinila slibný přístup pro výrobu nanokompozitů w-BN a c-BN, což může také poskytnout způsob, jak syntetizovat nanokompozity obsahující lonsdaleite a diamant.
navíc tím, že ukazuje základní atomistický mechanismus, který může posílit některé materiály, může tato práce poskytnout nové přístupy pro navrhování superhard materiálů., Jak vysvětlil Chen, superhard materiály, které vykazují další vynikající vlastnosti, jsou velmi žádoucí pro aplikace v mnoha oblastech vědy a techniky.
„vysoká tvrdost je pouze jednou důležitou charakteristikou superhardních materiálů,“ řekl Chen. „Tepelná stabilita je dalším klíčovým faktorem, protože mnoho supertvrdých materiálů je třeba, aby vydržely extrémní high-teplota prostředí při řezání a vrtání nástroje a jako opotřebení, únavě a korozi odolné nátěry v aplikacích v rozmezí od mikro – a nano-elektronika pro kosmické technologie., U všech materiálů na bázi uhlíku, včetně diamantu, budou jejich atomy uhlíku reagovat s atomy kyslíku při vysokých teplotách (kolem 600°C) a stanou se nestabilními. Takže navrhování nových, tepelně stabilnějších superhard materiálů je rozhodující pro vysokoteplotní aplikace. Navíc, protože nejběžnější superhard materiály, jako je diamant a kubický-BN, jsou polovodiče, je velmi žádoucí navrhnout superhard materiály, které jsou vodiče nebo supravodiče. Kromě toho jsou superhardové magnetické materiály klíčovými součástmi v různých záznamových zařízeních.,“
Více informací: Pan, Zicheng; Sun, Hong; Zhang, Yi; a Chen, Changfeng. „Těžší než diamant: vynikající odsazení síly WURTZITE BN A Lonsdaleite.“Fyzické Recenze Dopisy 102, 055503 (2009).